电子专业毕业设计-音乐节奏彩灯控制器设计

毕业设计（论文）选题音乐节奏彩灯控制器设计系别信息工程系班级14电子学生姓名刘石垒学号指导教师完成日期2016年12月31日内容提要随着科学的发展，人们生活水平的提高，人们不满足于吃饱穿暖，而要有更高的精神享受。不论是思想，还是视觉，人们都在追求更高的美。特别使在视觉方面，人们不满足于一种光，彩灯的诞生让人们是视觉对美有了更深的认识。但现在市面上的音乐彩灯只是按照一定的方式闪烁，让人们感觉到十分的粗糙无味，更没有声音那样用震撼力，音乐彩灯的出现让我们既有了听觉上的享受，更有了精神上的享受。但现在市面上的音乐彩灯只是按照音乐的一种方式闪烁，和音乐没多大关系，根本不能称为音乐彩灯。本设计是一个音乐彩灯控制器，使其实用于家庭、商场、橱窗、舞厅、咖啡厅、公共广场等场所的摆设、装饰、广告、环境净化与美化，本电路的最大优点是可以实现音乐以三种方式控制彩灯的闪亮。实现了音乐大小、节奏、音调的控制。指导教师批语：成绩：签字：年月日Ⅰ摘要本设计彩灯伴随音乐的节奏、大小、音调而变化的彩灯控制器。使彩灯在艺术上有了很大的提高，本文的主要内容有以下几点：1、设计音乐信号放大电路。2、555时基电路构成单稳态实现音乐大小控制彩灯。3、555时基电路构成多谐电路实现音乐节奏控制彩灯。4、设计滤波电路，实现音乐的音调控制彩灯。关键字：555时基电路、音乐大小、节奏、音调。II目录第1章绪论........................................................1第2章音乐大小控制彩灯.............................................22.1系统设计思路.................................................22.2音乐大小控制彩灯的工作原理..................................32.3音乐大小控制彩灯的电路实现...................................32.3.1电源电路设计...........................................32.3.3放大电路...............................................42.3.2音乐大小控制彩灯的电路图的设计实现.....................6第3章音乐节奏控制彩灯.............................................83.1音乐节奏控制彩灯的工作原理..................................83.2音乐节奏控制彩灯的实现......................................83.2.1音乐节奏控制彩灯的主要参数计算.........................83.2.2音乐节奏控制彩灯总电路实现............................104.1音调高低控制彩灯的工作原理.................................124.2音调高低控制彩灯的电路设计.................................124.2.1音调高低控制彩灯的主要参数计算........................124.2.2音调高低控制彩灯的电路图..............................14第五章实物的制作和调试............................................15总结...........................................................19致谢...........................................................20附录...........................................................221第1章绪论随着科学的发展，人们生活水平的提高，人们不满足于吃饱穿暖，而要有更高的精神享受。不论是思想，还是视觉，人们都在追求更高的美。特别使在视觉方面，人们不满足于一种光，彩灯的诞生让人们是视觉对美有了更深的认识。但现在市面上的音乐彩灯只是按照一定的方式闪烁，让人们感觉到十分的粗糙无味，更没有声音那样用震撼力，音乐彩灯的出现让我们既有了听觉上的享受，更有了精神上的享受。但现在市面上的音乐彩灯只是按照音乐的一种方式闪烁，和音乐没多大关系，根本不能称为音乐彩灯。本设计是一个音乐彩灯控制器，使其实用于家庭、商场、橱窗、舞厅、咖啡厅、公共广场等场所的摆设、装饰、广告、环境净化与美化，本电路的最大优点是可以实现音乐以三种方式控制彩灯的闪亮。实现了音乐大小、节奏、音调的控制。设计任务与要求（1）设计一个音乐声响与彩灯灯光相互组合的彩灯控制电路。（2）有三路不同控制方法的彩灯，用不同颜色的LED表示。（3）第一路为音乐节奏控制彩灯，按音乐节拍变换彩灯花样。（4）第二路按音乐大小（信号幅度大小）控制彩灯，音量大时，彩灯亮度加大，反之亦然。（5）第三路按因调高低（信号频率高低）控制彩。2第2章音乐大小控制彩灯2.1系统设计思路音频在电信号中表现为多个正弦波叠加而形成。音乐的大小就表现为是演唱者的声音的强弱起伏，它在音频信号中表现为正弦波的波峰和波谷，所以在他达到波峰时说明他的音量大。在波谷是音量就小，所就需要一个触发电路使他在音量大的时候就彩灯发光，音量小的时候灯灭。综合考虑：选择了NE555够成的单稳态电路，由于单稳态电路是低电平触发所以还需要一个反相放大器。音乐的节奏往往是由乐队的鼓点来体现，实质上是具有一定时间间隔的脉冲信号。根据设计要求，彩灯要随着节奏闪亮，需要一个触发电路来检测脉冲信号并产生计数脉冲。根据要求选择了NE555构成的无稳态触发器，由于触发器的触发电压比音频信号的高就还需要一个放大电路，有触发信号后就还需要计数器和译码器来使彩灯闪亮。音调主要由声音的频率决定，同时也与声音强度有关。对一定强度的纯音，音调随频率的升降而升降；对一定频率的纯音、低频纯音的音调随声强增加而下降，高频纯音的音调却随强度增加而上升，所以应用滤波器滤出高频、低频。以方便驱动彩灯发光。图2-1总体框图信号源经放大器放大后输出分别送往：（1）单稳态触发器，输出脉冲信号通过驱动电路来驱使彩灯发光；（2）多谐振荡器脉冲输出到计数器，计数脉冲通过3计数和译码驱使彩灯发光；（3）送往高低通电路，取出所需要频段信号后驱动彩灯发光2.2音乐大小控制彩灯的工作原理音乐的大小，是原唱者的声音的强弱起伏，它在音频信号中表现为正弦波的波峰，所以在他达到波峰时说明他的音乐大。在波谷是他就小，所以就需要设计一个触发电路，由声音的强弱控制，根据要求使用了NE555时基电路中的单稳态电路，触发后驱动LED发光。由于音频电压过小，所以还要设计一个放大电路。图2-2音乐大小2.3音乐大小控制彩灯的电路实现.2.3.1电源电路设计单稳态电路的工作电压在3～18V之间，选取12V电压为电源电压，所以设计时使用220V交流电压经过变压后得到12V的交流电压，再经过桥式整流、整流滤波后由三端稳压7812稳压为12V，供给各个电路元件使用。1．电源电路结构常见小功率直流稳压电源系统由电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路等四部分组成，如图2-3所示：图2-3电源电路结构图4稳压电路根据调整元件类型可分为电子管稳压电路、三极管稳压电路、可控硅稳压电路，集成稳压电路等。根据调整元件与负载连接方法，可分为并联型和串联型。根据调整元件工作状态不同，可分为线性和开关型稳压电路。本电路主要采用集成三端稳压电路。图2-4电源电路2电源电路参数计算（1）桥式整流二极管参数计算正向平均电流：mAmAODFIII1543082121'最大反向电压：VVRRMUUU107222(max)（2）滤波电容参数：31(35)(35)2010221'27.3LTCRFF1830~100000183.0~001.0取C2=1000μF电容耐压：VCMUU1222取25CMUV,故电容参数为C:1000μF/25V。通过稳压管7812后稳压为12V，提供给各个电路。2.3.3放大电路由于555单稳态电路是低电平触发，所以设计时采用了反向放大，三极管起反向作用，放大电源由1R可得如图2-5所示。5图2-5放大电路VT（9014）b-e极承受的极限电压在0.7V，最大电流为0.1A，所以根据基尔霍夫定理得：beRUUU1,bebeURIU1可得：1R=330KRP为调谐电阻，由于单稳态电路的触发电压在Vdd/3左右，所以调整555的2脚电压在3Vdd上下波动，这样才能是单稳态电路触发，由于电阻可变放大倍数不用计算，9014的放大倍数在100～1000之间足以使电压达到单稳态所需的3Vdd=4V。3．单稳态电路：图2-6单稳态电路由于电容的容量和耐压不好选，所以就先选电容为10.022CuF，设单稳态的暂态时间为0.123tms。6根据公式：1.1tRC得3610022.01.11.0R所以3R取5k4.限流电阻2R的计算由于2U的脚电压3V为2V，LED的承受电流为30mA，取R的最大取值为：2R=mA303V=mAV302=667Ω2R=680Ω2.3.2音乐大小控制彩灯的电路图的设计实现设计电源电路为了NE555提供稳定的直流电源12V；设计NE555时基电路构成单稳态触发电路，经过限流电阻，点亮电路用LED发光二极管。图2-6音乐大小电路图音频输入后，经过由VT组成的音频放大器电压放大。555时基电路与电阻3R、电容3C接成典型的但问他了工作模式，由于3R、3C的取值较小，所以暂态时间非常短，sCRt42.1231.133。限流电阻3R构成保护电路，去驱动LED闪亮。音频输入时，经VT反向放大，使时基电路2脚电平在3Vdd上下波动。当电位不大于3Vdd时，时基电路置位，进入暂态，3脚输出高电平，晶闸管导通，LED发光。由于暂态时间很短，很快又翻回稳态，LED彩灯熄灭，也就是说彩灯不会有停滞状态，它能随时基电路的2脚电平即音频电信号的变化而变化。当变阻器的电阻越小，静态时555的2脚电平越高，电路的声控灵敏度就越低，所以根7据需要调节变位器。仿真实验：图2-6仿真波形图2-6中的斜线表示触发经放大后的音频信号，方波表示的是输出信号。由图可知，音频信号经过放大之后进入单稳态集成电路.从图2-6可以看出正弦波处于正半波上升沿是，单稳态触发并输出信号，由此可知当音乐音量大小改变时，正弦波增大，那么彩灯闪亮的速率加快，音量减小时，波的幅度减小，彩灯闪亮减慢或停止。8第3章音乐节奏控制彩灯3.1音乐节奏控制彩灯的工作原理.音乐的节奏往往是由乐队的鼓点来体现，实质上是具有一定时间间隔的脉冲信号。我们的目标是要彩灯按照节奏依次闪亮。因此，设计了一个多谐振荡器，由音乐信号调谐，产生计数脉冲，使彩灯循环点亮的速率随音乐的节奏而改变。有了节奏脉冲，还应有计数和译码，这样才能依次点亮彩灯。LED点亮时，由于脉冲电流过大所以还需要限流电阻保护LED。由于在触发节奏脉冲的电压比输出的音频信号大，所以还需要一个音频放大电路。电源与上电路公用一个。电路工作原理：音频信号输入后经过放大电路放大后进入多谐振荡调制其频率，多谐振荡产生出脉冲信号后送计数器计数后译码，再送入驱动电路驱动彩灯闪亮。图3-1节奏流程框图3.2音乐节奏控制彩灯的实现3.2.1音乐节奏控制彩灯的主要参数计算1、音频放大电路放大电路使用共集电极放大：工作电压为12V，三极管为9014，9014的放大倍数在100~1000,而b-e极电压小于0.7V才能饱和导通，所以用1M的电阻使电压适合于三极管的放大。由于9014承受的最大电流0